通过mTORC1信号通路探讨限食及运动对老龄SD大鼠线粒体合成的影响

【作者】 赵玉琪； 文立；

【机构】 天津体育学院；

【摘要】 目的:在衰老过程中,骨骼肌有氧工作能力减弱,主要表现为线粒体密度降低,体积增大,线粒体嵴减少,蛋白含量降低。现有推测,线粒体生物合成降低可能是骨骼肌有氧工作能力衰退的重要原因。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白m TOR是能量代谢调控的中枢传感器,与其相关的多条信号通路参与了对线粒体合成的调控。运动和限食打破了原有的能量代谢平衡,将会引起m TOR活性的改变,而运动与限食引起的m TOR信号通路改变,是否是运动与限食引起的线粒体生物合成增加的原因尚不清楚。本研究以老龄SD大鼠为衰老模型,运动和热量限制为干预手段,探讨运动与限食是否通过m TOR信号通路促进了线粒体合成。方法:实验动物达24月龄,随机分4组:正常饮食安静对照组(Control,C),热量摄入限制组(CalorieRestriction,CR,本文简称限食组),运动干预组(Exercise,E,本文简称运动组),热量限制加运动组(CaloricRestriction&Exercise,RE,本文简称运动限食组)。使用差速离心法进行骨骼肌线粒体提取。使用Nanodrop 2000仪器进行蛋白浓度测定。用高分辨率呼吸计量仪O2K(OROBOROSINSTRUMENTS,AU)进行线粒体呼吸功能测定,测定T4呼吸(state4)、T3呼吸(state3)及呼吸控制比RCR。使用Western blot法测定相关蛋白表达。结果:与Control组相比,ST3在运动组显著升高(p<0.05),而在限食组及运动+限食组极显著增加(p<0.01);与运动组相比时,运动+限食组ST3显著升高(p<0.01);与Control组相比,ST4在运动组显著升高(p<0.01),限食组及运动+限食组均有显著性降低(p<0.01)。运动+限食组与运动组相较显著性降低(p<0.01),运动+限食组与限食组相比较也有显著性降低(p<0.01)。结论:哺乳动物细胞中,线粒体是通过电子传递链和氧化磷酸化系统产生主要能量形式ATP的场所。这是人类和动物从营养素分子中产生ATP的更为有效的方式。态3呼吸是ADP激活的呼吸。当存在多余底物时将ADP加入完整的未损伤的线粒体中能使分离的线粒体进入态3呼吸。态4呼吸是线粒体特定底物形成的缺乏ADP或任何代谢毒物或抑制剂的氧消耗。呼吸状态下,态4步骤能生成最多的线粒体ROS。本实验测试了线粒体态3、态4呼吸,RCR和ATP合成速率。结果显示,运动干预对骨骼肌线粒体的呼吸有显著的影响。态3呼吸速率有了明显的提升,而态4呼吸也有明显的增高,另外运动组RCR以及ATP合成活力较其它组明显升高。这可以充分证明,运动可以促进线粒体呼吸功能提高。运动促进了线粒体的氧化磷酸化的程度明显加强,从而达到延缓衰老。运动及限食干预下,本研究中m TORC1的下游通路中,运动及限食干预下,m TORC1/p70S6k通路未发现显著性影响,而m TORC1/4EBP1通路受到抑制。此外,研究中线粒体的COXⅠ和COXⅣ分别是线粒体编码和细胞核编码的,是表示线粒体数量的指标,试验中运动及限食干预下COXⅠ和COXⅣ的蛋白表达量均显著性增高,说明运动及限食均能增加线粒体合成。更多还原